Pt/碳纳米管电极的电化学稳定性

 研究了Pt/CNT(碳纳米管)电极在动电位和恒电位两种情况下的电化学稳定性. 在动电位条件(0.05～1.2 V vs RHE(可逆氢电极)循环伏安940次, 60 h)下, Pt/CNT电极的电化学表面积下降18.8%; 在恒电位条件(1.2 V vs RHE, 60 h)下, Pt/CNT电极的电化学表面积仅下降5.2%. 这表明Pt/CNT电极在动电位条件下性能衰减得更迅速. X射线光电子能谱分析表明,恒电位条件下载体碳纳米管被氧化的程度较大. X射线衍射分析计算表明,动电位和恒电位氧化后, Pt颗粒的平均粒径从3.8 nm分别增大到4.9和3.9 nm. Pt颗粒的长大可能是Pt/CNT电极性能衰减的主要原因之一,而载体的氧化不是Pt/CNT电极性能衰减的主要原因.     

碳纳米管电极上辣根过氧化物酶的直接电化学

制备了碳纳米管修饰玻碳电极(CNT/GC).将辣根过氧化物酶(HRP)固定在CNT/GC电极表面,形成HRP-CNT/GC电极.研究了HRP的直接电子转移.实验结果表明,HRP在CNT/GC电极表面能进行有效和稳定的直接电子转移反应,其循环伏安曲线上表现出一对良好的、几乎对称的氧化还原峰;式量电位E^0'几乎不随扫速(至少在20～100 mV/s的扫速范围内)而变化,其平均值为(-0.319±0.002) V (vs. SCE, pH 6.9); HRP在CNT/GC电极表面直接电子转移的速率常数为(2.07±0.56) s^-1;式量电位E^0'与溶液pH 的关系表明HRP的直接电化学是(1e+1H⁺)的电极过程.进一步的实验结果显示,固定在CNT/GC电极表面的HRP能保持其对H₂O₂还原的生物电催化活性,而且能快速地响应H₂O₂浓度的变化.本文制备碳纳米管修饰电极和固定酶的方法具有简单和易于操作等优点,可用于获得其它生物氧化还原蛋白质和酶的直接电子转移.     

不同直径碳纳米管的抗电化学氧化性

本文比较了由化学气相沉积法制备的不同直径(在100 nm以内)的多壁碳纳米管(CNT)的抗电化学氧化性.将CNT电极于1.2 V(vs.RHE)下电氧化120 h,记录氧化电流~时间变化曲线;X射线光电子能谱(XPS)分析氧化前后CNT的表面化学组成.结果表明,随着CNT直径的减小,其氧化电流降低,但其中以为10~20 nm的CNT电极氧化电流最小,表面氧的增量也最小,即被氧化的程度最低,抗电化学氧化性最强.根据不同直径CNT的缺陷位、不定型碳的丰度和碳原子的应力能,分析了其抗电化学氧化性差异的原因.     

二茂铁及其与DNA复合物的电化学行为

在Tris-NaCl(pH=7.2)缓冲溶液中, 应用循环伏安法、微分脉冲伏安法、旋转圆盘电极实验、电化学阻抗谱等技术研究了二茂铁在旋转碳纳米管(CNT)修饰电极上的电化学行为及其与小牛胸腺DNA的相互作用. 结果表明, 二茂铁及其与双链DNA的电活性产物在静止的CNT修饰电极上均呈现一对基本可逆的氧化还原峰；在旋转电极上呈现出明显的极限扩散电流, 电化学阻抗谱呈现一个压扁的半圆. 二茂铁与DNA的作用在扩散控制过程中表现为峰电流和极限扩散电流随DNA浓度增大而减小；电化学控制过程则表现为电化学反应电阻随DNA浓度增大而增大, 条件电位下的速度常数也有一定程度的减小.     

葡萄糖在碳纳米管/纳米TiO2膜载Pt复合电极上的电催化氧化

用电化学循环伏安法和计时电位法研究了葡萄糖在碳纳米管／纳米TiO2膜载Pt(CNT／nano-TiO2／Pt)复合电极上的电催化氧化,结果表明，在碱性介质中CNT／nano-TiO2／Pt复合电极对葡萄糖的电氧化具有高催化活性，葡萄糖氧化峰电流密度高达13mA／cm^2，比铂电极上的增大一倍；复合电极性能稳定，抗中毒能力强，不易发生氧化振荡，是葡萄糖燃料电池和葡萄糖传感器的高活性催化电极。     

碳纳米管的电化学贮氢性能研究

研究了碳纳米管电极的电化学性能 ,其电化学储氢量达到 2 0 0mAh·g 1且具有高的电化学活性和良好的循环寿命 .采用循环伏安法研究了氢在碳纳米管电极上吸附 /氧化机理 .     

直流电电化学沉积镍制备原位生长碳纳米管化学修饰电极

利用直流电电化学沉积法将生长碳纳米管(CNT)的催化剂镍均匀地附着在石墨电极(GE)表面,再通过化学气相沉积法制备得到原位生长碳纳米管化学修饰电极(GSCNT-CME).电化学沉积的金属镍和所制备的修饰电极分别用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和电子能谱(EDX)进行表征,所得修饰电极的电化学性能用[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-溶液进行表征.结果表明:经直流电电化学沉积,可以在石墨电极表面沉积一层致密的金属镍,能生长出管径均匀的碳纳米管,所制得的修饰电极具有良好的电化学响应灵敏性和准确性,可在电化学检测领域发挥重要的应用.     

碳纳米管促进氧化还原蛋白质和酶的直接电子转移

将血红蛋白(Hb)、辣根过氧化物酶(HRP)和葡萄糖氧化酶(GOx)分别固定在经碳纳米管修饰的玻碳电极(CNT/GC)上,制成Hb CNT/GC、HRP CNT/GC和GOx CNT/GC电极.Hb、HRP和GOx在CNT/GC电极表面均能发生有效和稳定的直接电子转移反应,其相应的循环伏安曲线均显示出一对几近对称的氧化还原峰;在60mV/s下,其式量电位E0'分别为-0.343V、-0.319V和-0.456V(vs.SCE,pH6.9),且不随扫速而变;以上三者在CNT/GC电极表面直接电子转移的表观速率常数ks依次为1.25±0.25、2.07±0.56和1.74±0.42s-1;根据式量电位E0'随缓冲溶液pH值的变化关系,确知在CNT/GC电极上,Hb或HRP发生的直接电化学遵从(1e+1H+)电极过程机理,而GOx发生的直接电化学反应则遵从(2e+2H+)机理.此外,固定在CNT/GC电极表面的Hb、HRP和GOx也同时表现出对各自底物的生物电催化活性.由本文制备的碳纳米管修饰电极及其固定生物蛋白质(酶)的方法具有简单、易于操作等优点,并可用于对其它生物氧化还原蛋白质和酶的直接电子转移测试.     

阿霉素在纳米钴/碳纳米管/ITO修饰电极上的电化学行为

以固定在氧化铟锡(ITO)电极上的多壁碳纳米管为基底吸附纳米钴,制备了复合纳米材料修饰的电极(Co/CNT/ITO)。采用扫描电子显微镜(SEM)和电子能谱(EDS)等对其进行了表征。用纳米钴/碳纳米管/ITO电极,研究了阿霉素(ADM)的电化学行为。实验表明,该体系具有吸附性的不可逆过程,峰电位为-0.65V(vs.Ag/AgCl),峰电流与ADM浓度在1.0×10-9～5.0×10-7mol/L范围内呈线性关系;检出限为1.0×10-9mol/L。本法灵敏、简便。     

碳纳米管修饰电极上葡萄糖氧化酶的直接电子转移

制备了碳纳米管修饰玻碳电极(CNT/GC), 利用吸附的方法将葡萄糖氧化酶(GOx)固定到CNT/GC电极表面, 形成GOx-CNT/GC电极．研究了GOx的直接电子转移, 实验结果表明, GOx在CNT/GC电极表面没有发生变性, 能进行有效和稳定的直接电子转移反应, 其循环伏安图上表现出一对很好的、几乎对称的氧化还原峰; 式量电位E^0’几乎不随扫速(至少在10~140 mV·s^−1的扫速范围内)而变化, 其平均值为−0.456±0.0008 V (vs. SCE); GOx在CNT/GC电极表面直接电子转移的速率常数为1.74±0.42 s^−1, 比文献中报道的值大了数十倍; 进一步的实验结果显示, 固定在CNT/GC电极表面的GOx能保持其对葡萄糖氧化的生物电催化活性, 而且电催化活性很稳定. 文中制备碳纳米管修饰电极和固定酶的方法具有简单和易于操作等优点, 可用于获得其他生物氧化还原蛋白质和酶的直接电子转移.     

Applying diamond like carbon layer on carbon/carbon composites and its effect on the deposition of hydroxyapatite coating

The biomedical application of carbon/carbon (C/C) composites is limited by lacking bioactivity and releasing carbon debris. Hydroxyapatite (HA) coating has been used to improve the bioactivity of C/C composites, but it cannot reduce the release of carbon debris effectively because of poor wear resistance property. In this work, a wear‐resistant layer of diamond like carbon (DLC) is applied on C/C composites, followed by an ultrasound‐assisted electrochemical deposition to prepare HA coatings. The microstructure, morphology and chemical composition of the DLC layer and the HA coating are characterised by scanning electron microscopy, X‐ray diffraction, energy dispersive spectroscopy (EDS), X‐ray photoelectron spectroscopy, Fourier transformed infrared spectroscopy and Raman spectrum. The bonding strength between the HA coating and the DLC layer modified C/C composites is examined by a tensile test. The results show that the DLC layer has a spherical morphology and provides a uniform surface for the deposition of the HA coating. The HA coating shows flaky morphology with a compact structure. The tensile strength of the HA coating on the DLC layer modified C/C composites is 6.24 ± 0.40 MPa, which is significantly higher than that of HA coating on unmodified C/C composites(3.04 ± 0.20 MPa). Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

甲烷在石墨化热解碳黑和活性炭上的吸附

为研究影响碳基吸附剂吸附超临界温度气体的主要因素,选择石墨化热解碳黑BP280和Ajax活性炭,分析超临界温度高压甲烷在其上的吸附平衡。应用容积法,在压力0~20.5 MPa、温度253 K~313 K测定甲烷的吸附平衡数据,并由等量吸附线标绘和亨利定律常数确定等量吸附热。引入通用吸附等温方程,再由方程的Langmuir标绘确定最大吸附容量,进而通过方程的线性化计算吸附平衡态中甲烷分子的作用能。结果表明,甲烷在两种吸附剂上的最大吸附容量均随温度而变化,并都小于液态甲烷的密度;甲烷在碳黑和活性炭上的等量吸附热分别为11.9 kJ/mol~12.5 kJ/mol和17.5 kJ/mol~22.5 kJ/mol,体现了两种吸附剂不同的表面能量分布;甲烷分子间作用能随吸附量的变化特点反映了超临界温度甲烷以类似于压缩气体状态聚集的特点和吸附剂结构上的差异。碳基吸附剂的比表面积和微孔容积是影响其储存甲烷容量的重要因素。     

Chemically grafting carbon nanotubes onto carbon fibers for enhancing interfacial strength in carbon fiber/HDPE composites

We propose a novel method to uniformly graft high‐density carbon nanotubes (CNTs) onto carbon fiber (CF) by using coupling agents. Coupling agents can supply much more active groups, which is beneficial for grafting high‐density CNTs onto CF surface. After CNT grafting treatment, there are still substantial amounts of reactive groups, which can further react with various types of molecules to meet different requirements. To create chemical bonding between CF and high‐density polyethylene, CF‐CNT was further grafted get reinforcement. The interfacial adhesion of the resulting composites showed a dramatic improvement.     

Theoretical analysis of pyrrole anions addition to carbon disulfide and carbon dioxide

Quantum chemical analysis (MP2/6‐31+G*) of the pyrrole anions addition to carbon disulfide and the substitution effects therein shows that pyrrole‐2 (5)‐carbodithioates are thermodynamically the most stable compounds, while 1‐isomer obtained from the unsubstituted pyrrole is likely a kinetic product. Steric hindrances destabilize N‐adducts when a methyl substituent appears in a 2(5) position and the 2,5‐dimethyl‐1‐pyrrolecarbodithioate anion turns out to be even less stable than the 2,5‐dimethyl‐3‐pyrrolecarbodithioate anion. By contrast, pyrrole‐1‐carboxylates are calculated to be the most stable adducts of CO₂ with pyrrole anions. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. Int J Quantum Chem, 2002     

Sulfur/carbon composites prepared with ordered porous carbon for Li-S battery cathode

Ordered porous cabon with a 2-D hexagonal structure,high specific surface area and large pore volume was synthesized through a twostep heating method using tri-block copolymer as template and phenolic resin as carbon precursor.The results indicated the electrochemical performance of the sulfur/carbon composites prepared with the ordered porous carbon was significantly affected by the pore structure of the carbon.Both the specific capacity and cycling stability of the sulfur/carbon composites were improved using the bimodal micro/meso-porous carbon frameworks with high surface area.Its initial discharge capacity can be as high as 1200 mAh·g~(-1) at a current density of 167.5 mA·g~(-1)The improved capacity retention was obtained during the cell cycling as well.     

类金刚石碳薄膜对碳膜导电性能的影响

以聚酰亚胺薄膜为原料,经炭化形成碳膜;进而在碳膜表面制备了类金刚石碳(DLC)薄膜,研究了制备条件对碳膜导电性能的影响.采用扫描电镜分析了薄膜的表面形貌和微观结构;采用X射线衍射仪分析了薄膜的晶体结构.结果表明,DLC薄膜的电阻率随着沉积时间的延长先减小后增加;当沉积时间达到3 h时,相应DLC薄膜的电阻率达到最小值5.66×10-5Ω.m.     

Complementary effects of multiwalled carbon nanotubes and conductive carbon black on polyamide 6

This article introduces a newly innovative idea for preparation of superconductive ternary polymeric composites of polyamide 6 (PA6), conductive carbon black (CCB), and multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) with different weight ratios by a melt‐mixing technique. The complementary effects of CCB and MWCNTs at different compositions on rheological, physical, morphological, thermal, and dynamic mechanical and electrical properties of the ternary composites have been examined systematically. We have used a novel formulation to produce high‐weight fraction ternary polymer composites that show extremely higher conductivity when compared with their corresponding binary polymer composites at the same carbon loading. For example, with an addition of 10 wt % MWCNTs into the CCB/PA6 composite preloaded with 10 wt % CCB, the electrical conductivity of these ternary composites was about 5 S/m, which was 10 times that of the CCB/PA6 binary composite (0.5 S/m) and 125 times that of the MWCNT/PA6 binary composite (0.04 S/m) at 20 wt % carbon loading. The incorporation of the MWCNTs effectively enhanced the thermal stability and crystallization of the PA6 matrix in the CCB/PA6 composites through heterogeneous nucleation. The MWCNTs appeared to significantly affect the mechanical and rheological properties of the PA6 in the CCB/PA6 composites, a way notably dependent on the MWCNT contents. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. J Polym Sci Part B: Polym Phys 48: 1203–1212, 2010     

多孔炭材料在纤维素催化转化中的应用

生物质作为自然界唯一可再生的有机碳资源,其利用受到了越来越多的关注。特别是随着能源和环境危机的日益加重,将生物质中非可食用部分催化转化为燃料及具有高附加值的化学品被认为是高效、环保、原子经济的绿色过程。同时,多孔炭材料具有丰富的孔道结构、优异的水热稳定性和大比表面积,是生物质催化转化反应中最常用的载体材料之一。兼之炭材料表面极性、亲疏水性的可调变性,及对酸碱溶剂的反应惰性,也使其无论在学术研究还是在工业应用中都具有特殊的优势。另外,随着纳米炭材料科学的飞速发展,合成孔径、形貌、及表面官能团可控的介孔炭和具有多级孔道结构的多孔炭材料成为可能,将其应用到纤维素催化转化过程中,对深入理解孔道结构、表面官能团对纤维素转化的作用,揭示催化反应作用机制,指导炭基催化剂的设计合成,均具有重要意义。在本综述中,我们首先对纤维素转化中多孔炭的孔道结构和表面官能团性质的独特作用进行了阐述。由于商业活性炭的孔径一般在微孔尺度,但纤维素及可溶低聚糖的分子体积较大,因而其在活性炭中的传质受到了极大的限制。通过模板法获得的介孔炭材料,可实现孔径在2–10 nm的可控合成,大大提高了反应物的扩散速率,使之能与催化活性位有效接触。但孔道过于狭长,在反应过程中堵塞的可能性增高,进而导致催化剂失活;因此,在介孔孔道的基础上,建立互通的多级孔道结构对反应物、中间物、和产物的扩散,及催化活性的保持更为有利。另一方面,炭材料表面的含氧官能团不仅具有加强1,4-糖苷键吸附的作用,还可以作为酸性活性中心催化水解反应的进行;尤其是在传统的水相纤维素催化转化过程中,亲水表面对多孔炭催化剂与反应物的接触非常有利。本文以纤维素水解及纤维素水解加氢反应为例,展开讨论了多孔炭作为固体酸及双功能催化剂载体的应用。在水解反应中,纤维素首先在热水中降解为可溶低聚糖,之后再与活性炭表面官能团反应;其中多孔炭的比表面积、酸量、及酸强度均是促进水解发生的正向因素。在水解加氢反应中,炭载贵金属催化剂作为最常用的加氢催化剂,可获得以六元醇为主的纤维素转化产物。除了加氢作用之外,贵金属小颗粒被证实可以通过氢溢流作用提供水解所需的H+,同时,正价的贵金属也可促进反应过程中的氢转移。另一方面,由于钨物种可催化逆羟醛缩合反应的发生,因此在反应体系中引入钨物种时,水解加氢的主要产物由六元醇变为乙二醇。需要特别指出的是,在纤维素催化水解加氢的过程中,多孔炭材料作为载体同样具有非常重要的作用：一方面,三维介孔的孔道结构不仅有利于反应物、产物的扩散,也有利于加氢金属催化剂的分散,进而提高金属的催化加氢能力;另一方面,当炭材料的表面化学性质改变时,也会影响产物的选择性分布,例如当炭表面显碱性时,由于异构化作用,丙二醇成为主要产物。本文最后,我们列举了一些新型多孔炭材料,包括杂原子改性的多孔炭材料和金属氧化物-炭复合多孔材料的合成方法及其在纤维素催化转化乃至生物质转化中的潜在应用。